Корона черной дыры: рентгеновские лучи IGR J17091-3624 раскрыли секрет, который не ожидал никто

Наблюдения с помощью спутника IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) за черной дырой IGR J17091-3624 поставили под сомнение существующие представления о состоянии материи в окрестностях этих экстремальных объектов. Аппарат НАСА IXPE предназначен для измерения поляризации рентгеновских лучей, что позволяет астрономам заглянуть в самые глубинные слои этих загадочных объектов.

Поляризация рентгеновских лучей помогает определить расположение короны — области чрезвычайно горячей намагниченной плазмы, окружающей черную дыру — и понять, как она генерирует рентгеновское излучение. Корона играет ключевую роль в процессах, происходящих вблизи черной дыры, и ее изучение имеет важное значение для понимания этих объектов.

В апреле 2025 года астрономы применили IXPE для измерения степени поляризации рентгеновского излучения черной дыры IGR J17091-3624. Результат оказался неожиданным: степень поляризации составила 9,1%, что значительно превышает значения, предсказываемые теоретическими моделями.

Комментарий исследователя: Мелисса Юинг о значимости открытия

"Черная дыра IGR J17091-3624 — это уникальный объект, яркость которого меняется, словно сердцебиение. Благодаря IXPE мы смогли измерить этот источник совершенно новым способом", — сказала руководительница исследования Мелисса Юинг из Ньюкаслского университета в Англии, подчеркнув важность этого открытия.

В рентгеновских двойных системах, таких как IGR J17091-3624, черная дыра перетягивает вещество с соседней звезды. Падая, это вещество образует вращающийся аккреционный диск. Корона, расположенная во внутренней области диска, может нагреваться до экстремальных температур — до миллиарда градусов по Цельсию — и излучать мощные рентгеновские лучи.

Несмотря на яркое свечение короны IGR J17091-3624 в рентгеновском диапазоне, она находится на расстоянии около 28 000 световых лет от Земли, что делает получение детальных изображений крайне сложной задачей.

"Обычно высокая степень поляризации соответствует наблюдению короны почти с ребра. Для таких измерений корона должна иметь идеальную форму, а угол наблюдения — быть строго определенным. Пока что ученые не могут объяснить характер изменения яркости, но это может стать ключом к пониманию данного класса черных дыр", — пояснил профессор Джорджио Матт из Третьего Римского университета, соавтор исследования, указав на сложности интерпретации данных.

Положение аккреционного диска: отклонение от ожидаемого

Звезда-компаньон этой черной дыры недостаточно яркая, чтобы напрямую определить угол наблюдения системы. Однако необычные колебания яркости, зафиксированные IXPE, позволяют предположить, что аккреционный диск не "смотрит на нас ребром", но и не направлен "анфас" — а наклонен под углом 40-70°.

Исследователи рассмотрели несколько гипотез, объясняющих высокую степень поляризации рентгеновского излучения. По одной из них, в системе присутствует "ветер" — поток вещества, вырывающийся из аккреционного диска и улетающий прочь. Если рентгеновские лучи от короны сталкиваются с этим веществом на пути к IXPE, возникает комптоновское рассеяние, что и приводит к наблюдаемым результатам.

Другая модель предполагает, что высокая степень поляризации может быть обусловлена очень высокой скоростью движения плазмы в короне. Если скорость плазмы достигает 20% от световой, релятивистские эффекты могут усилить наблюдаемую поляризацию.

В обоих случаях симуляции позволили воспроизвести наблюдаемую поляризацию без необходимости строго "реберного" угла наблюдения. Ученые продолжат моделирование и проверку гипотез, чтобы лучше понять природу этой загадочной черной дыры.

Интересные факты о черных дырах:

• Черные дыры обладают такой сильной гравитацией, что даже свет не может вырваться из их притяжения.
• Существуют черные дыры звездной массы и сверхмассивные черные дыры в центрах галактик.
• Горизонт событий — это граница черной дыры, за которой ничто не может избежать притяжения.
• Первое изображение черной дыры было получено в 2019 году.

Наблюдения за черной дырой IGR J17091-3624 с помощью IXPE поставили под сомнение существующие представления о состоянии материи вблизи этих экстремальных объектов. Новые данные требуют переосмысления процессов, происходящих в коронах черных дыр, и открывают новые горизонты для исследований в области астрофизики.